《光纖通信技術(shù)》課件第2章

第2章通信光纖與光纜2.1光纖的結(jié)構(gòu)和分類2.2光纖的導(dǎo)光原理2.3光纖的傳輸特性2.4單模光纖和多模光纖2.5光纜的結(jié)構(gòu)與分類2.6光纜的型號與標(biāo)志 2.1光纖的結(jié)構(gòu)和分類

2.1.1光纖的結(jié)構(gòu)

光纖是用玻璃預(yù)制棒拉制成的玻璃絲，由纖芯和包層組成，其形狀為圓柱體，如圖2.1所示。圖中中心部分為纖芯，其直徑為5～75μm；纖芯外面的部分為包層，包層的直徑為100～150μm。纖芯和包層的主要材料都是石英玻璃，即二氧化硅（SiO2）。纖芯的作用是傳輸光波，包層的作用是將光波封閉在纖芯中。為了只讓光波在纖芯中傳輸，需要使纖芯材料的折射率n1大于包層材料的折射率n2。為此，在纖芯中摻入了少量的比石英折射率稍高的材料，如二氧化鍺（GeO2），五氧化二磷（P2O5）；在包層中摻入了少量的比石英折射率稍低的材料，如三氧化二硼（B2O3）、氟（F）。圖2.1光纖的結(jié)構(gòu)由纖芯和包層組成的光纖稱為裸光纖。由于裸光纖較脆、易斷，為了保護(hù)光纖表面，提高光纖的抗拉強(qiáng)度以及便于使用，一般需在裸光纖外面進(jìn)行二次涂抹覆蓋而形成光纖芯線，光纖芯線的橫斷面如圖2.2所示。圖中，包層外面很薄一層的涂覆層稱為一次涂覆，其厚度一般為30～150μm，所用材料為硅樹脂或聚氨基甲酸乙脂；一次涂覆的外面為套塑，套塑稱為“二次涂覆”或“被覆”，套塑的材料多為聚乙烯或聚丙烯塑料、尼龍等。圖2.2光纖芯線的橫斷面2.1.2光纖的種類

光纖的種類很多，可以用不同的方法進(jìn)行分類。

1.按照制成光纖的材料分類

按照制成光纖的材料不同來劃分有石英光纖、多組分玻璃光纖、液態(tài)光纖和塑料光纖。目前使用最普遍的是石英系列光纖。

2.按照光纖纖芯的折射率分布分類

按照光纖纖芯的折射率分布來劃分，光纖分為突變型光纖、漸變型光纖和W型光纖。

突變型光纖的纖芯折射率n1是均勻不變的，包層的折射率為n2，在纖芯和包層的界面上折射率發(fā)生突變，如圖2.3（a）所示，圖中，2a、2b分別為纖芯和包層的直徑。突變型光纖又可形象地稱為“階躍型光纖”。

漸變型光纖的纖芯折射率在軸心處最大，而在光纖的橫截面內(nèi)沿半徑方向折射率逐漸減小，到了纖芯和包層的截面降至包層的折射率n2，其折射率分布如圖2.3（b）所示。漸變型光纖由于制造上的特點(diǎn)，又可稱為“梯度型光纖”。

W型光纖的折射率分布如圖2.3（c）所示，它是在纖芯與包層之間設(shè)一緩沖層，纖芯的折射率最高為n1，緩沖層的折射率最低為n3，而包層的折射率n2介于二者之間。

目前廣泛使用的是突變型光纖和漸變型光纖。圖2.3光纖的折射率剖面分布

（a）突變型光纖；（b）漸變型光纖；（c）W型光纖

3.按用途分類

按照光纖用途劃分為傳輸光纖和有源光纖。有源光纖是光纖放大器和光纖激光器的激光介質(zhì)，它與作為光通信的傳輸光纖（又稱光導(dǎo)纖維）的主要區(qū)別是有源光纖的纖芯中摻入了數(shù)百個(gè)10-6單位的稀土元素Er3++（鉺）。Er3++在合適的泵浦作用下受激躍遷，使光信號獲得放大。傳輸光纖芯層中摻有少量的Ge+4則是為了提高芯層的折射率。

4.按照光纖傳輸模式分類

按照光纖中傳輸?shù)哪Ｊ綌?shù)劃分，光纖分為單模光纖和多模光纖。所謂模式，簡單說來就是電磁場在光纖中的分布方式，模式不同，其分布不同。

當(dāng)光纖纖芯中只有一種模式傳輸時(shí)，這種光纖叫做單模光纖。單模光纖的纖芯直徑較小，一般在10μm以下。

當(dāng)光纖纖芯中有多個(gè)模式傳輸時(shí)，這種光纖叫做多模光纖。多模光纖的纖芯直徑較大，約為50～75μm。

5.按照波長分類

按照波長分類則可分為短波長光纖、長波長光纖和超長波長光纖。目前主要使用1.55μm的長波長光纖。

目前在通信上使用的光纖主要有：突變型多模光纖（SIF）、漸變型多模光纖（GIF）和單模光纖（SMF）三種，如圖2.4所示。三種光纖的主要區(qū)別如表2.1所示。圖2.4三種常用光纖

(a)SIF光纖；(b)GIF光纖；(c)SMF光纖表2.1三種光纖的主要區(qū)別2.1.3光纖的結(jié)構(gòu)參數(shù)

光纖是由纖芯和包層組成的，理想的光纖其纖芯和包層為同軸心的均勻圓柱體，其橫斷面如圖2.5（a）所示，在這種情況下，光纖的纖芯直徑（芯徑）和包層直徑（外徑）可用其橫斷面圓的直徑來表示。由于實(shí)際的光纖并不理想，總存在一點(diǎn)偏差，如纖芯與包層不同心、不是均勻的圓柱體等，因此對于實(shí)際的光纖，除芯徑、外徑之外，有必要再確定結(jié)構(gòu)參數(shù)，如非圓率、偏心率等，這些參數(shù)對估算和評價(jià)光纖接續(xù)損耗都有著重要的作用。圖2.5光纖的橫斷面

（a）理想光纖；（b）實(shí)際光纖如圖2.5（b）所示，光纖的芯徑一般用纖芯的最小直徑dmin和最大直徑dmax的平均值表示，即

平均芯徑(2－1)光纖的外徑是用包層的最小直徑Dmin和最大直徑Dmax的平均值表示的，即平均外徑(2－2)由于實(shí)際光纖的纖芯與包層并不是理想的圓柱體，故將纖芯非圓率定義為纖芯的最大直徑和最小直徑之差與芯徑的比值，即

纖芯非圓率(2－3)而包層的非圓率定義為包層的最大直徑和最小直徑之差與外徑的比值，即包層非圓率(2－4)顯然，纖芯（或包層）非圓率的數(shù)值越小越好。偏心率是表示纖芯與包層兩圓心偏差大小的一個(gè)參數(shù)，其定義為纖芯的圓心和包層的圓心之間的距離x與芯徑d的比值，即

偏心率(2－5) 2.2光纖的導(dǎo)光原理

2.2.1光的反射與折射

由物理光學(xué)可知，光在均勻介質(zhì)中是沿直線傳播的。但是當(dāng)光射到兩種不同介質(zhì)的交界面時(shí)，將產(chǎn)生反射和折射，如圖2.6所示。一部分光線沿OB方向反射回介質(zhì)1中，一部分光線沿OC方向折射進(jìn)入介質(zhì)2。反射光線和折射光線分別服從反射定律和折射定律。圖2.6光的反射和折射

1.反射定律和折射定律

反射定律是指反射光線位于入射光線和法線所決定的平面內(nèi)，反射光線和入射光線分居法線兩側(cè)，反射角i1′等于入射角i1，即（2－6）或（2－7）2.光密介質(zhì)和光疏介質(zhì)

介質(zhì)的折射率表示介質(zhì)的傳光能力。某一介質(zhì)的折射率n等于光在真空中的傳播速度c與在該介質(zhì)中的傳播速度v之比，即（2－8）由式（2－8）可知，折射率不同，光在介質(zhì)中的傳播速度也不同。折射率越大，光在該介質(zhì)中的傳播速度越小。相對來說，傳光速度大（折射率?。┑慕橘|(zhì)稱為光疏介質(zhì)；傳光速度?。ㄕ凵渎蚀螅┑慕橘|(zhì)稱為光密介質(zhì)。

3.光的全反射

當(dāng)光線從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)時(shí)，由于n1>n2，根據(jù)折射定律，折射角i2將大于入射角i1，且當(dāng)入射角i1增大時(shí)，折射角i2也隨之增大，如圖2.7（a）所示。

當(dāng)入射角繼續(xù)增大至ic時(shí)，折射角i2=90°，此時(shí)折射光線不再進(jìn)入介質(zhì)2中，而在界面掠射，如圖2.7（b）所示。使折射角變?yōu)?0°的入射角ic稱為臨界面，根據(jù)折射定律有（2－9）如果入射角大于臨界角，光線就不會(huì)折射進(jìn)入介質(zhì)2，而是全部反射回介質(zhì)1中，產(chǎn)生全反射，如圖2.7（c）所示。圖2.7光的全反射綜上所述，產(chǎn)生全反射必須滿足兩個(gè)條件，即：

（1）光線從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)。

（2）入射角大于臨射角。2.2.2光在光纖中的傳播

下面以射線光學(xué)的方法簡單而直觀地介紹光在光纖中的導(dǎo)光原理。光信號在突變型光纖中的傳播如圖2.8所示。突變型光纖的纖芯和包層部分的折射率都是均勻分布的。纖芯的折射率n1大于包層的折射率n2。圖上畫出了三條在同一子午面上的光線，從空氣中在光纖軸線處以不同的入射角射向光纖的端面。三條光線在空氣—纖芯分界面處發(fā)生折射，它們的入射角i0和折射角i遵守折射定律，即nosini0=n1sini圖2.8光信號在突變型光纖中的傳播由全反射條件n1sinic=n2

定義由于實(shí)際光纖芯層與包層的折射率相差并不大，因此（2－10）根據(jù)折射定律，便可寫出（2－11）

上式中的Δ稱為光纖的相對折射率差，NA稱為光纖的數(shù)值孔徑。數(shù)值孔徑NA只與突變型光纖的纖芯的折射率以及纖芯與包層的折射率差相關(guān)，所以數(shù)值孔徑本質(zhì)上反映的是光纖的導(dǎo)光性能。圖2.9光在漸變型光纖中的傳播2.2.3光在光纖中的傳播模式

按照光的波動(dòng)理論，光波是波長介于紫外至紅外區(qū)的電磁波。光波的模式是電磁場的一種場型。場型是指電場、磁場強(qiáng)度的振幅在空間的穩(wěn)定分布。避開復(fù)雜的數(shù)學(xué)分析和波動(dòng)理論的嚴(yán)格推導(dǎo)，在射線、光線知識(shí)的基礎(chǔ)上，引入光波的傳播常數(shù)和相移常數(shù)的概念，通過比較直觀的敘述，導(dǎo)出光纖的截止頻率的表示式，說明單模和多模光纖的區(qū)別。無論突變型光纖還是漸變型光纖，凡是在in圓錐角內(nèi)入射的光線都滿足全反射條件，不會(huì)出現(xiàn)折射逸出。這些反射光線還必須滿足一定的相位關(guān)系才能成為光纖中的傳導(dǎo)模式。我們把這種光線在纖芯與包層界面上來回反射的曲折傳播看成沿軸線方向的向前傳播和上下界面來回反射的合成。根據(jù)光波的干涉理論，光波在兩個(gè)界面間來回反射時(shí)只有當(dāng)它來回一個(gè)周期引入的相移為2π的整數(shù)倍時(shí)，這樣的光波在兩界面間才能形成穩(wěn)定的場型，即成為一種模式。由發(fā)送端射入光纖端面只能有一束光線時(shí)稱為單模光纖，由發(fā)送端同時(shí)射入光纖端面可以有多束光線時(shí)稱為多模光纖。多模光纖包括高次模、低次模、基模。光纖中容納模式數(shù)量用N表示，它與光纖結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)。定義（2－12）為歸一化頻率，它是表征光纖中允許傳播模式多少的一個(gè)參量。對于圓柱形光纖波導(dǎo)，當(dāng)V<2.405時(shí)為單模光纖，當(dāng)V>2.405時(shí)為多模光纖。這里需要指出，單模光纖和多模光纖只是一個(gè)相對的概念。判斷一根光纖是不是單模的，除了其本身的結(jié)構(gòu)參數(shù)外，還與信號光的波長有關(guān)。例如一根芯徑為9μm，n1=1.463，n2=1.460的光纖，運(yùn)用上式在不同λ值下計(jì)算其歸一化的頻率。λ=1.30μm時(shí)，得出V=2.36<2.405，因而它是單模光纖；當(dāng)λ=1.2μm時(shí)，算出V=2.56>2.405，同一根光纖在較短波長下工作就變成多模光纖了。仍使用上述n1、n2值可計(jì)算出光纖的數(shù)值孔徑為NA=0.108，此值對應(yīng)的全反射臨界角已達(dá)86°，可以認(rèn)為能夠在單模光纖上傳播的光線基本上是與光纖軸線平行的。 2.3光纖的傳輸特性

2.3.1光纖的衰減特性

1.固有衰減

固有衰減是光纖材料本身所決定的衰減，它由吸收衰減和散射衰減兩部分組成。

1）吸收衰減

吸收衰減是光波沿光纖傳輸時(shí)，光纖材料吸收傳輸?shù)墓饽芩斐傻乃p。吸收衰減又分為雜質(zhì)吸收和材料的本征吸收。（2）材料的本征吸收（或稱固有吸收）。假設(shè)原材料提純達(dá)到不含任何雜質(zhì)的純潔程度，材料本身對光能也存在本征吸收。本征吸收衰減主要產(chǎn)生在紫外線和紅外線兩個(gè)波段。紫外波段吸收是光纖材料在紫外波段電子躍遷產(chǎn)生的；紅外波段吸收是光纖材料在紅外波段材料的分子振動(dòng)而產(chǎn)生的。近紅外與可見光波段，純凈材料不產(chǎn)生吸收衰減。

2）散射衰減

光波在光纖內(nèi)傳輸時(shí)，部分光線在光折射率變化或材料不連續(xù)點(diǎn)處變更了傳輸方向，這種現(xiàn)象稱散射。因散射光的方向極為散亂，使部分光線不能傳輸?shù)浇K端，從而造成了傳輸光波的光能損耗，稱為散射衰減。石英光纖的散射主要是瑞利散射、結(jié)構(gòu)不完善散射和波導(dǎo)散射。

（1）瑞利散射，又稱分子散射。它是由于在比光波波長還要小的范圍內(nèi)，折射率分布變化而產(chǎn)生的散射。光纖材料在加熱熔融過程中，由于熱騷動(dòng)使得光纖材料密度不均勻（不均勻微粒的大小小于光波波長），造成了折射率分布的變化。光纖固化時(shí)，將這種變化固定下來。光信號傳輸時(shí)，將產(chǎn)生瑞利散射。瑞利散射是光纖固有的，不能清除，可看做是石英光纖基本衰減的下限。瑞利散射的特點(diǎn)是散射光幾乎是全方向的，各方向的光強(qiáng)度幾乎相同。瑞利散射所造成的光纖衰減常數(shù)可用下式計(jì)算：(2－13)式中：k是波爾茨曼常數(shù)；T是固化溫度（K）；β是材料等溫壓縮率；n是折射率；λ是傳輸光波波長；P是光彈性常數(shù)。對已制成的光纖，當(dāng)傳輸光波長確定后，其他參數(shù)均為已知，衰減便可計(jì)算。由式（2－13）看出，瑞利散射衰減與波長λ的四次方成反比，隨著波長增加，瑞利散射衰減迅速降低。對含雜質(zhì)極小的光纖來說，在波長0.4～1.0μm范圍內(nèi)，瑞利散射影響較大，當(dāng)波長超過1μm后，瑞利散射的衰減值極小。因此，人們正在發(fā)展和運(yùn)用長波長（1.3～1.55μm）半導(dǎo)體激光器和石英單模光纜通信系統(tǒng)。（2）結(jié)構(gòu)不完善散射。光纖在制造過程中，由于制造工藝不完善或環(huán)境不潔，致使光纖中含有氣泡、雜質(zhì)或是使纖芯和包層的界面粗糙而波動(dòng)起伏，這種結(jié)構(gòu)缺陷而造成的散射叫結(jié)構(gòu)不完善散射?？朔Y(jié)構(gòu)不完善散射的措施是，選擇合理工藝、凈化操作環(huán)境、仔細(xì)篩選原材料等。（3）波導(dǎo)散射。光纖在拉絲過程中，由于拉力不均勻等原因，造成粗細(xì)不均，結(jié)構(gòu)尺寸發(fā)生偏差，截面形狀沿著光纖長度發(fā)生變化，光波傳輸?shù)竭@些地方時(shí)，會(huì)產(chǎn)生散射，使部分能量輻射出去，增加了光纖的傳輸衰減。這種結(jié)構(gòu)尺寸偏差引起的散射稱為波導(dǎo)散射。波導(dǎo)散射可通過改善加工工藝，嚴(yán)格控制光纖芯來解決。

由吸收和散射衰減分析可知，這兩種衰減是材料和結(jié)構(gòu)本身引起的。因此，通過提純原材料和改善制造工藝可以減小這些衰減，但不能下降為零。這是材料固有的特性，與金屬導(dǎo)線的固有衰減相類似。

2.附加衰減

附加衰減是光纖在使用過程中產(chǎn)生的。主要包括彎曲輻射衰減、包層和套層衰減、耦合衰減和接續(xù)衰減。

1）彎曲輻射衰減

前面分析的是光波在準(zhǔn)直光纖中傳播的原理?，F(xiàn)在來討論光纖彎曲狀態(tài)下（即彎曲半徑超過允許值）光線的傳輸情況。

彎曲的光纖仍然可以導(dǎo)光。光線傳輸?shù)焦饫w的彎曲部分后，光線在界面處的入射角將發(fā)生變化，部分光線產(chǎn)生輻射透入包層甚至空氣中，如圖2.10所示，從而增加傳輸衰減，這種因光纖彎曲造成的附加衰減稱彎曲輻射衰減。圖2.10由彎曲產(chǎn)生輻射光線彎曲輻射衰減與光纖的彎曲半徑R有關(guān)，最小彎曲半徑Rmin可用下式表示：（2－14）式中：a是纖芯半徑（μm）；a2是由玻璃折射率分布而給定的彎曲常數(shù)（1/mm2）。例如，當(dāng)a=50μm，a2=0.5/mm2，則Rmin=8cm。當(dāng)彎曲半徑小于最小彎曲半徑時(shí)，彎曲輻射衰減可能會(huì)很大；當(dāng)彎曲半徑大于最小彎曲半徑時(shí)，彎曲輻射衰減則可以忽略不計(jì)。因此分析計(jì)算光纖最小彎曲半徑，這對光纜制造和施工都是極為有利的。

2）包層和套層衰減

光在光纖中傳輸時(shí)，將有部分光能透入包層和套層，造成光能損耗，叫做包層和套層衰減。

另外需要說明的是，若光線透過包層、套層進(jìn)入周圍空間時(shí)，這部分光線還有可能進(jìn)入鄰近光纖，使光纖間產(chǎn)生串?dāng)_。為避免這種影響，在制造光纖時(shí)，包層和套層厚度均應(yīng)適當(dāng)增厚。

3）耦合衰減和接續(xù)衰減

這種衰減是光纖與光源、接收器以及光纖之間造成的，只要改善耦合方法和提高改進(jìn)光纖接續(xù)工藝就能減小。

綜上所述，光纖傳輸衰減是各項(xiàng)衰減的總和。光纖制造技術(shù)越高，雜質(zhì)吸收和結(jié)構(gòu)不完善造成的衰減越小。光纖使用技術(shù)越高，附加衰減就越小。

3.光纖傳輸衰減的頻率特性

不同波長的光波，在光纖中傳輸時(shí)傳輸衰減不同。因此，上述的光纖傳輸衰減是指在某一波長上的衰減。光纖傳輸衰減隨波長的變化關(guān)系稱為光纖衰減的頻率（或波長）特性，它是光纖傳輸中的主要特性之一。

典型的光纖衰減頻率特性如圖2.11所示。圖2.11光纖衰減頻率特性圖2.12長波長低衰減光纖衰減特性由上看出，提高和改進(jìn)光纖制作工藝、降低雜質(zhì)、降低（OH）-1含量，將改變光纖衰減特性。目前，光纖衰減已經(jīng)可以做到很低，并且將會(huì)進(jìn)一步降低，從理論上講它的衰減可降低至10-2～10-5dB/km。因此，大容量長距離光纖系統(tǒng)的采用，要求光纖帶寬愈寬愈佳。2.3.2光纖的色散特性

色散是光纖的又一個(gè)重要參數(shù)。光纖的色散引起傳輸信號的畸變，使通信質(zhì)量下降，從而限制了通信容量和通信距離。在光纖的損耗已大為降低的今天，色散對光纖通信的影響就顯得更為突出。降低光纖的色散，對增加通信容量、延長通信距離、發(fā)展新型光纖通信技術(shù)都是至關(guān)重要的。

1.色散的原因

為了解光纖色散，需要知道送進(jìn)光纖中的信號結(jié)構(gòu)。首先，送進(jìn)光纖的并不是單色光。這由兩方面的原因引起：一是光源發(fā)出的光并不是單色光；二是調(diào)制信號有一定的帶寬。

實(shí)際光源發(fā)出的光不是單色的（或單頻的），而是在一定的波長范圍內(nèi)。這個(gè)范圍通常是光源的線寬或譜寬。圖2.13表示了光源的歸一化輸出功率隨波長的變化。一般認(rèn)為光功率降低為峰值的一半所對應(yīng)的波長范圍即為光源的線寬或譜寬。線寬既可用波長范圍Δλ表示，也可用頻率范圍Δf表示。它們的關(guān)系為式中：λ、f分別是光源的中心波長和中心頻率。圖2.13光源的譜寬表2.2典型光源的線寬

通信中常用的光源是半導(dǎo)體發(fā)光二極管LED和半導(dǎo)體激光二極管LD，在高碼速光纖通信和光纖有線電視（CATV）系統(tǒng)中常用DFB半導(dǎo)體激光器?？梢钥闯觯琇D的相干性優(yōu)于LED，而DFB又優(yōu)于普通的LD。

在對光源進(jìn)行調(diào)制時(shí)，可以認(rèn)為信號是按照同樣的方式對光源譜線中的每一分量進(jìn)行調(diào)制的。一般調(diào)制帶寬比光源窄得多，因而可以認(rèn)為光源的線寬即已調(diào)信號帶寬，但對高碼速及線寬極窄的光源，這一概念就不準(zhǔn)確了。送到光纖中去的就是這樣一個(gè)調(diào)制了的波譜。如是單模光纖它將發(fā)出基模；如是多模光纖，則激發(fā)出大量模式?？梢钥闯觯饫w中的信號能量是由不同的頻率成分和模式成分構(gòu)成的，它們有不同的傳播速度，從而引起比較復(fù)雜的色散現(xiàn)象。光的色散現(xiàn)象在日光通過棱鏡而形成按紅橙黃綠藍(lán)靛紫順序排列的色譜例子中看得很明顯。這是由于棱鏡材料對不同波長（對應(yīng)于不同的顏色）的光呈現(xiàn)的折射指數(shù)n不同，從而使光的傳播速度不同而引起的，這就是光的材料色散。光纖中的類似現(xiàn)象借用了“色散”這一類術(shù)語。

2.光纖的色散分類

由不同模式或不同頻率（或波長）成分組成的光信號，在光纖中傳輸時(shí)，由于群速度不同而引起信號畸變的物理現(xiàn)象稱為光纖的色散。

光纖的色散分為模式色散（或模間畸變）、材料色散以及波導(dǎo)色散。后兩種色散是某一模式本身的色散，也稱模內(nèi)色散。

2．光纖的色散分類

由不同模式或不同頻率（或波長）成分組成的光信號，在光纖中傳輸時(shí)，由于群速度不同而引起信號畸變的物理現(xiàn)象稱為光纖的色散。

光纖的色散分為模式色散（或模間畸變）、材料色散以及波導(dǎo)色散。后兩種色散是某一模式本身的色散，也稱模內(nèi)色散。

1）模式色散

模式色散是輸入信號不是單一模式引起的。從光波在突變型光纖中的傳輸可知，不同模式具有不同的傳播路程，當(dāng)光信號沿光纖傳輸時(shí)，各模式不能同時(shí)到達(dá)終端，產(chǎn)生時(shí)延差，通常稱為模式色散。突變型多模光纖的模式色散可由圖2.14看出，由發(fā)送端同時(shí)射入光纖端面的各光線，高次模傳輸?shù)浇K端路程最長，所需時(shí)間也最長；低次模次之；而基模傳播的路程最短，所用時(shí)間也最短。各次模傳輸?shù)浇K端后，最高次模與基模在同一光纖長度上產(chǎn)生了時(shí)間差，這種時(shí)間差也稱時(shí)延差，色散的大小可用時(shí)延差表示。模式色散產(chǎn)生的脈沖展寬如圖2.15所示。模式色散一般用τm表示，對于突變型多模光纖最高次模與基模間產(chǎn)生的時(shí)延差則用τt表示（2－15）圖2.14光纖傳輸模式示意圖圖2.15模式色散產(chǎn)生的脈沖展寬對于漸變型多模光纖，最高次模（途徑接觸纖芯與包層界面）與基模（途徑與纖軸重合）之間的時(shí)延差則用τj表示（2－16）比較式（2－15）和式（2－16）可看出，漸變型光纖的模式色散比突變型光纖小得多。單模光纖因?yàn)橹粋鬏斠粋€(gè)模式，因此模式色散為零。

2）材料色散

材料色散是由于光纖材料本身的折射率隨光波波長變化而引起的。

光源入射到同一模式的光波也不是單一波長的波，而是由若干個(gè)波長組合的光（即光源有一定的譜線寬度）。不同的光在光纖中傳輸時(shí)，由于光纖折射率隨波長而變化，使得光波中各波長的光在光纖中傳播的速度不同，最短與最長波長因速度不同而到達(dá)終端后出現(xiàn)了時(shí)延差，就產(chǎn)生了材料色散。在長度為L的光纖上，材料色散為τc

(2－17)式中：Δλ是光源譜線寬度；Dm是由光源譜線寬度的色散系數(shù)；l是光纖長度。

3）波導(dǎo)色散

光纖中傳輸?shù)哪骋荒Ｊ?，它由一定的頻帶(或波長)范圍的光組成，各頻率的光傳播系數(shù)和速度不同而引起的色散稱為波導(dǎo)色散(τb)。與模式色散、材料色散相比，波導(dǎo)色散很小。

從以上分析看出，由模式色散（τm）、材料色散(τc)、波導(dǎo)色散(τb)引起的總色散，可用光纖傳輸脈沖展寬表示（2－18）多模光纖中，模式色散是主要的，而單模光纖只有材料色散和波導(dǎo)色散。一般情況下，單模光纖以材料色散為主，波導(dǎo)色散比材料色散小兩個(gè)數(shù)量級。

3.光纖色散對光信號的影響

光纖的色散導(dǎo)致光信號的波形失真，表現(xiàn)為脈沖寬度，它是光纖的時(shí)域特性。對于數(shù)字通信系統(tǒng)來講，光信號的脈沖展寬是一項(xiàng)重要的指標(biāo)。脈沖展寬過大就會(huì)引起相鄰脈沖間隙減小，相鄰脈沖將會(huì)產(chǎn)生部分重疊而使再生中繼器發(fā)生判決錯(cuò)誤，從而使誤碼率增加，如圖2.16所示。圖2.16展寬引起的碼間干擾示意圖

4.光纖色散表示法

可用不同方法來表示光纖的色散。常用的有最大時(shí)延差Δτ，脈沖展寬σ和光纖3dB帶寬B。

最大時(shí)延差描述光纖中速度最快和最慢的光波成分的時(shí)延之差。脈沖展寬和光纖帶寬描述光纖色散對傳輸信號的影響。將一段光纖看做一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，可用時(shí)域法和頻域法分析其色散特性。當(dāng)在時(shí)域分析時(shí)，色散影響用脈沖展寬表示；而在頻域分析時(shí)，則采用傳輸帶寬表示。

2.4單模光纖和多模光纖

在光纖通信中,單模光纖和多模光纖都有各自的應(yīng)用范圍。多模光纖ITU－T建議為G.651光纖；單模光纖ITU－T建議為G.652光纖、G.653光纖、G.654光纖、G.655光纖和G.656光纖。

多模光纖芯徑粗、數(shù)值孔徑大，能從光源耦合更多的光功率，在光纖網(wǎng)絡(luò)中廣泛應(yīng)用。單模光纖是在給定的工作波長上只傳輸單一基模的光纖，在階躍光纖中只傳輸LP01模；在無界平方律折射指數(shù)光纖中，只傳輸LP00模。由于單模光纖只傳輸基模，沒有模式色散，頻帶特別寬，因此尤其適合遠(yuǎn)距離、大容量通信。根據(jù)ITU－T建議，多模光纖定義為G.651光纖。多模光纖的纖芯折射率分布有兩種型式，一種是突變型（也叫階躍型），另一種是漸變型(也叫梯度型)。突變型多模光纖在纖芯與包層的界面上折射率呈階躍型變化，纖芯的折射率為n1，包層的折射率為n2，且各自恒定不變。漸變型多模光纖的纖芯折射率n1分布則是從纖芯軸到包層交界面逐漸減小，包層的折射率n2恒定不變。突變型多模光纖有A2、A3、A4三種類型，工作波長是850nm。主要應(yīng)用于短距離信息傳輸、樓內(nèi)局部布線和光纖傳感器等。漸變型多模光纖有A1a(芯徑為50.0±3μm)、A1b(芯徑為62.5±3μm)、A1c(芯徑為85.0±3μm)和A1d(芯徑為100.0±3μm)四種類型，工作波長是850nm和1300nm。A1a和A1b型主要應(yīng)用于數(shù)據(jù)鏈路和局域網(wǎng)，A1c和A1b型主要應(yīng)用于局域網(wǎng)和光纖傳感。

20世紀(jì)70年代光纖進(jìn)入實(shí)用化階段是從多模光纖的局間中繼應(yīng)用開始的，可以說多模光纖是光纖通信的奠基者。突變型多模光纖最先投入使用，其后是漸變型多模光纖。后來雖然單模光纖新品種不斷出現(xiàn)，光纖功能不斷豐富和增強(qiáng)，性能價(jià)格比不斷提高，但多模光纖并沒有被取代，而是和其它品種同步發(fā)展。其原因是多模光纖的特性滿足了網(wǎng)絡(luò)用纖的要求。光纖網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)：傳輸速率相對較低；傳輸距離相對較短；節(jié)點(diǎn)多、接頭多、彎路多；連接器、耦合器用量大；規(guī)模小，單位光纖長度使用光源個(gè)數(shù)多。傳輸速率低和傳輸距離短正好可以利用多模光纖帶寬特性小和傳輸損耗大的特點(diǎn)。多模光纖比單模光纖芯徑粗、數(shù)值孔徑大，能從光源耦合更多的光功率。目前，垂直腔面發(fā)射激光器(SEI)已商用，價(jià)格與LED接近，其圓形的光束斷面和高的調(diào)制速率正好補(bǔ)償了LED的缺點(diǎn)，使多模光纖在網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用更添生機(jī)。2.4.2

G.652常規(guī)單模光纖

單模光纖的使用波段可劃分為六個(gè)。O波段(原始波段Original)：1326～1360nm；E波段(擴(kuò)展波段Extended)：1360～1460nm；S波段(短波段Short)：1460～1530nm；C波段(常規(guī)波段Conventional)：1530～1560nm；L波段(長波段Long)：1565～1625nm；U波段(超長波段Ultralong)：1625～1675nm。

G.652常規(guī)單模光纖又稱色散未移位光纖。單模光纖具有傳輸衰減低、帶寬大、易升級擴(kuò)容的優(yōu)點(diǎn)。所以自20世紀(jì)80年代末，不論中國電信還是中國鐵通，光通信敷設(shè)的光纜大都是G.652常規(guī)單模光纖的光纜。這種光纖有兩個(gè)窗口：一個(gè)是1310nm波長零色散窗口(屬于O波段)，實(shí)際色散為0～3.5ps/（nm·km)；另一個(gè)是1550nm波長最低衰減窗口(屬于C波段)，實(shí)際衰減值為0.19～0.25dB/km。常規(guī)單模光纖的衰減曲線如圖2.17所示。圖2.17常規(guī)單模光纖衰減曲線早期的G.652光纖在1383nm波長處有氫氧根吸收峰，現(xiàn)在已產(chǎn)生出沒有吸收峰的光纖，叫全波光纖。低衰減波段為1310～1550nm，帶寬約為200nm。

G.652常規(guī)單模光纖的色散，主要由材料色散波導(dǎo)色散加起來的全波色散，零色散點(diǎn)在1310nm波長處。1550nm波長的色散為15～20ps/（nm·km）。1310nm窗口開通PDH系統(tǒng)，1550nm窗口開通SDH系統(tǒng)。

G.652常規(guī)單模光纖的折射率剖面圖如圖2.18所示。芯徑約為4～5μm，相對折射率差Δ≈0.3%～0.4%。圖2.18常規(guī)單模光纖折射率分布早期的G.652光纖，雖然各種特性能滿足標(biāo)準(zhǔn)的要求，但各種指標(biāo)都要靠近標(biāo)準(zhǔn)值，余量不大，所以光纖的熔接損耗都偏大一些，一般為0.07～0.1dB。

到目前為止G.652光纖仍是現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)上應(yīng)用比較多的一種光纖。ITU－T將G.652光纖分為四類，分別是G.652A、G.652B、G.652C和G.652D光纖。G.652四類光纖的分類主要基于PMDQ的要求和在1383nm處的衰減要求。相關(guān)部門在2003年1月修改G.652光纖標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，希望全面提高G.652光纖的特性，至少要支持10Gb／s的長途應(yīng)用，對G.652B要求支持40Gb／s的長途應(yīng)用，所以開始提出G.652B的PMDQ應(yīng)小于 。后來基于考慮40Gb／s的應(yīng)用主要從城域網(wǎng)開始，所以放寬到 。經(jīng)過調(diào)整過的各類G.652光纖的特性為：G.652A支持10Gb／s系統(tǒng)傳輸距離可達(dá)400km、10Gb／s以太網(wǎng)的傳輸達(dá)40km、支持40Gb／s系統(tǒng)的距離為2km。對于G.652B型光纖，必須支持10Gb／s系統(tǒng)傳輸距離可達(dá)3000km以上，40Gb／s系統(tǒng)的傳輸距離為80km。G.652C型光纖基本屬性與G.652A相同，但在1550nm的衰減系數(shù)更低，而且消除了1383nm處的水吸收峰，即系統(tǒng)可以工作在1360～1530nm波段。G.652D型光纖對無水吸收峰光纖的PMDQ提出更嚴(yán)的要求，是一種新的光纖類型，屬性與G.652B光纖基本相同，而衰減系數(shù)與G.652C光纖相同，即系統(tǒng)可以工作在1360～1530nm波段。2.4.3

G.653零色散位移光纖（DSP）

光纖中傳輸受到衰減與色散影響而劣化，衰減使脈沖減弱，色散使脈沖展寬，兩者都會(huì)引起誤碼，減少傳輸距離。

G.652常規(guī)單模光纖，低衰減區(qū)在1550nm，零色散區(qū)在1310nm，如果在1550nm傳2.5Gb/s系統(tǒng)，從衰減看，可傳送100km以上，從色散受限距離看，如果采用外調(diào)制技術(shù)能傳送58km，在實(shí)際運(yùn)用中應(yīng)取傳送受限距離最小的58km作為再生段距離，這樣就白白地浪費(fèi)了42km。如果將零色散波長移到1550nm處，形成低衰減、零色散都在1550nm窗口，上述的問題就解決了。這種光纖在20世紀(jì)80年代已經(jīng)研究出來，稱為G.653零色散位移光纖。它的比特與中繼段長的乘積可達(dá)10000Mb·km。因此，對超大容量超長距離的光纖通信的單波系統(tǒng)來說，G.653零色散位移光纖是一個(gè)理想的傳輸媒體。G.653光纖與G.652光纖一樣，總波長色散D主要由合成材料色散Dm和波導(dǎo)色散Dw組成，即D=Dm+Dw

(2－19)合成材料色散是由纖芯、包層材料的折射率隨波長的變化引起的，由于芯部摻雜濃度低，合成材料色散基本上與純SiO2材料色散相似，無大變化。波導(dǎo)色散是由于模的傳輸常數(shù)隨波長的變化引起的，它與波導(dǎo)結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，在感興趣的波長內(nèi)均為負(fù)值，其數(shù)值的大小可由芯徑a、相對折射率差Δ和折射率剖面形狀等決定。因此，若想將零色散波長移位到1550nm波長，只要調(diào)整a、Δ即可，其調(diào)整規(guī)律如圖2.19及表2.3所示。圖2.19零色散點(diǎn)與a、Δ的關(guān)系曲線表2.3零色散點(diǎn)與a、Δ的關(guān)系

用零色散位移光纖進(jìn)行波分復(fù)用傳輸時(shí)，存在的嚴(yán)重問題是在1550nm波長區(qū)的零色散產(chǎn)生了四波混頻(FWM)非線性效應(yīng)。所謂四波混頻是指由2個(gè)或3個(gè)不同波長的光混合后產(chǎn)生新波長光的現(xiàn)象。色散趨向于零，F(xiàn)WM效率極高，可以在很短的距離內(nèi)迅速產(chǎn)生極大的FWM效應(yīng)，破壞系統(tǒng)的正常工作。正是由于這個(gè)原因，使G.653光纖的應(yīng)用受到了限制。零色散位移單模光纖的標(biāo)準(zhǔn)幾何尺寸及應(yīng)用場合如表2.4所示。表2.4零色散位移單模光纖(G.653光纖)

2.4.4

G.654低衰減單模光纖

G.654光纖稱為截止波長位移單模光纖，也叫1550nm低衰減單模光纖。這種光纖在1550nm波長區(qū)具有極小的衰減，僅為0.18dB/km。其零色散波長在1310nm附近，截止波長可位移較長波長，最佳工作波長范圍為1500～1600nm，具有很好的抗彎曲性能。

獲得G.654這種低衰減光纖的方法：①選用純石英玻璃作為纖芯和摻氟的包層；②以長截止波長來減小光纖對彎曲附加損耗的敏感。因?yàn)檫@種光纖制造特別困難，最低衰減光纖十分昂貴，且很少使用。它們主要應(yīng)用在傳輸距離很長、且不能插入有源器件的無中繼海底光纖通信系統(tǒng)。1550nm低衰減單模光纖的標(biāo)準(zhǔn)幾何參數(shù)及應(yīng)用場合如表2.5所示。表2.5

1550nm低衰減單模光纖(G.654光纖)2.4.5

G.655非零色散位移光纖

在沒有采用光纖放大器時(shí)，光纖中的光信號功率密度較小，光纖中非線效應(yīng)沒有顯示出來。使用G.653零色散位移光纖效果很好。采用光纖放大器之后，尤其是采用WDM技術(shù)后，光纖中功率密度有很大增加，注入光纖的光功率可達(dá)+13～+20dBm。在1550nm波長上，是光纖低衰減區(qū)，大功率的信號在大長度光纖中傳輸相互作用，突出了光纖的非線性效應(yīng)。研究證明，1550nm波長的光纖非線性效應(yīng)中的四波混頻（FWM）的幅度與光纖的色散幅度有關(guān)，當(dāng)1550nm波長的色散幅度為零時(shí)，F(xiàn)WM最嚴(yán)重，是色散D=1時(shí)的17倍。所以，要求1550nm波長的低衰減區(qū)色散不能為零。這樣，1550nm波長窗口出現(xiàn)一對矛盾：色散大了影響脈沖展寬，色散為零時(shí)影響非線性失真。因此，折中處理，色散不能大也不能為零。在G.653零色散位移光纖的基礎(chǔ)上研制出G.655非零色散位移光纖。

G.655光纖在1550nm波長上有較小的色散，ITU－T規(guī)定1530～1565nm波長范圍內(nèi)，色散應(yīng)在0.1～6ps/(nm·km)之間。第一代G.655光纖主要為C波段(1530～1565nm)通信窗口設(shè)計(jì)的，有美國Lucent公司的TrueWave光纖和Coming公司的SMF－LS光纖，它們的色散斜率較大。隨著寬帶光纖放大器(BOFA)的發(fā)展，WDM系統(tǒng)已經(jīng)擴(kuò)展到L波段(1565~1620nm)。第二代G.655光纖適應(yīng)了上述要求，具有較低的色散斜率，較好地滿足了DWDM(密集波分復(fù)用)的要求。第二代G.655光纖主要有美國Lucent公司的TrueWave－RS光纖和TrueWave－XL光纖，其色散斜率降低到0.05ps/(nm·km)以下；Coming公司的LEAF(大有效面積光纖)、Pirelli公司的FreeLight光纖，把工作波長擴(kuò)展到1625nm處。

G.655非零色散位移單模光纖已大量用于高速率、大容量、長距離的密集波分復(fù)用通信系統(tǒng)中。G.655光纖分為三類，分別是G.655A、G.655B、G.655C光纖。這幾種光纖的分類主要基于PMD的要求和色度色散特性。G.655A光纖用于支持G.691、G.692、G.693和G.959.1直用，考慮到G.692直用，取決于通路波長和特定光纖的色散特性，總輸入光功率的最大值應(yīng)進(jìn)行限制，最小通路間隔的典型值應(yīng)限制在200GHz以內(nèi)。G.655B光纖用于支持G.691、G.692、G.693和G.959.1中的應(yīng)用，考慮到G.692應(yīng)用，取決于通路波長和特定光纖的色散特性，總輸入光功率的最大值可以高于G.655A光纖，最小通路間隔的典型值應(yīng)為100GHz或更小，對于PMD的要求允許STM－64系統(tǒng)傳輸距離至少達(dá)到400km。G.655C與G.655B類似，但是更嚴(yán)格的PMD要求允許STM－64系統(tǒng)的傳輸距離大于400km，同時(shí)也能適用于G.959.1的STM－256應(yīng)用。新的G.655B光纖可以支持以10Gb／s為基礎(chǔ)的100GHz及其以下間隔的DWDM系統(tǒng)在C波段和L波段的應(yīng)用。新的G.655C型光纖既能滿足100GHz及其以下間隔的DWDM系統(tǒng)在C波段和L波段的應(yīng)用，又能使N×10Gb／s系統(tǒng)傳送3000km以上，或支持N×40Gb／s系統(tǒng)傳送80km以上。G.655光纖光纜特性如表2.6所示。表2.6

G.655、G.656光纖光纜特性2.4.6

G.656三波段光纖

初期的DWDM系統(tǒng)通常工作在C波段，后來又利用了L波段。為進(jìn)一步擴(kuò)大可利用的波長范圍以增加波道數(shù)，人們想到了利用S+C+L三個(gè)波段。為了減少系統(tǒng)的麻煩，又讓光纖在這個(gè)范圍內(nèi)的色散的變化維持在一個(gè)較小的范圍，這就引出了對另一種新型光纖的研究。2002年由日本NTT公司和CLPAJ公司提出，經(jīng)過9個(gè)月的研究，提出了這種光纖的基本規(guī)范，并把這種光纖命名為G.656光纖。G.656光纖光纜特性如表2.6所示。

2.5光纜的結(jié)構(gòu)與分類

實(shí)用光通信傳輸信道的絕大部分布置在野外，為避免潮氣、雨水及化學(xué)侵蝕，防止鼠、鳥、蟲、獸的傷害，在施工、敷設(shè)過程中能經(jīng)受一定的彎曲、拉伸和扭曲應(yīng)力，保護(hù)光纖的安全；為了適應(yīng)飛速發(fā)展的通信需求、提供更多、更安全的光通信信道，光纖敷設(shè)前必須制成光纜。對光纜的基本要求如下：

（1）能對光纖提供足夠的保護(hù)。保護(hù)光纖在敷設(shè)時(shí)不出現(xiàn)斷裂，保護(hù)光纖的傳輸特性不因環(huán)境的變化而劣化。（2）保留光纖比金屬導(dǎo)線質(zhì)輕、徑細(xì)的優(yōu)點(diǎn)，光纜應(yīng)盡可能做到比電纜細(xì)而輕，降低通信成本。

（3）便于施工、敷設(shè)和維護(hù)。

由于光纜的使用要求、敷設(shè)環(huán)境以及制作的經(jīng)濟(jì)考慮都存在多樣性，加上ITU－T和國標(biāo)上對于光纜的結(jié)構(gòu)目前尚無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，因此實(shí)用光纜的結(jié)構(gòu)形式繁多。所有的光纜都可以分為纜芯和護(hù)層兩個(gè)部分。2.5.1光纜的纜芯

從拉絲機(jī)上一次拉出了纖芯和包層，接著又進(jìn)行了表面涂覆制成光纖。光纖成纜之前，要進(jìn)行套塑，以提高光纖成纜時(shí)的抗張力，同時(shí)也便于成纜工藝操作。套塑習(xí)慣上又稱為二次涂覆，它分為緊套和松套兩種形式。緊套方式是在光纖周圍涂覆一層軟質(zhì)緩沖層后，再緊套一層被覆層。松套方式是把光纖穿在一根直徑為0.7～1.2mm的塑料管子中，管內(nèi)再填充半流質(zhì)油膏。松套光纖的抗側(cè)應(yīng)力的能力比較好。因?yàn)榫o套光纖的緩沖層雖然是軟的，但光纖在緩沖層中間本身并無松動(dòng)余地，外部側(cè)應(yīng)力會(huì)直接傳給光纖。松套光纖外部受到側(cè)應(yīng)力時(shí)，套管變形，緩沖了應(yīng)力，光纖在管中可以蠕動(dòng)，應(yīng)力不會(huì)直接傳給光纖。此外，松套光纖的長度留有余長，它的長度大于套管的長度，當(dāng)溫度發(fā)生變化時(shí)，如果套管收縮量比光纖大，光纖可以在管內(nèi)微彎。因此，松套光纖與緊套光纖相比，由于溫度變化引起的應(yīng)力也小些。目前國內(nèi)外大都采用松套形式。松套形式又分為單芯式和多芯式兩種。多芯式的直徑為1～3mm，里面一般套有4芯或6芯光纖，最多套有12芯光纖，稱為一個(gè)單元結(jié)構(gòu)。套管一般由尼龍、聚乙烯或聚丙烯塑料做成。光纜和電纜一樣由加強(qiáng)構(gòu)件、纜芯、填充物和外護(hù)層等共同構(gòu)成。目前常用的光纜結(jié)構(gòu)有四種形式，即中心束管式、層絞式、骨架式和疊帶狀式，如圖2.20所示。加強(qiáng)構(gòu)件的作用是增強(qiáng)光纜承受敷設(shè)時(shí)拉伸負(fù)荷的能力。加強(qiáng)構(gòu)件由金屬線、增強(qiáng)纖維塑料或者Kevlar（芳族聚酰胺纖維）構(gòu)成，也可以配合使用構(gòu)成。使用非金屬加強(qiáng)構(gòu)件的無金屬光纜的防雷擊性能優(yōu)越。圖2.20光纜結(jié)構(gòu)(a)層絞式；(b)骨架式；(c)中心束管式；(d)疊帶狀式層絞式光纜的結(jié)構(gòu)與電纜相似，只是中心多了一根加強(qiáng)芯線，因此層絞式光纜可以采用制造電纜的傳統(tǒng)設(shè)備生產(chǎn)，成本較低。光纖數(shù)較少時(shí)，多選用此種結(jié)構(gòu)。

骨架式光纜的光纖放于塑料骨架的槽中，槽的截面可以是V型、U型或其它合理形式。槽在縱向呈螺旋形彎曲。槽中光纖可以是一次涂覆的也可以是緊套光纖，目前的趨勢是放置一次涂覆光纖。每個(gè)槽上可能置4～10芯光纖，用色譜標(biāo)志，并涂有油膏。槽的數(shù)目依光纖數(shù)而定，通常為6～9槽，也有多至18槽的。放一次涂覆光纖時(shí)槽的作用類似于松套管，它對光纖提供了更好的保護(hù)，具有較好的抗側(cè)應(yīng)力，又節(jié)省了松套管材和套塑工序。但光纖入槽工藝的要求較高，需要專用設(shè)備。這是因?yàn)橐淮瓮扛补饫w稍經(jīng)受力就有可能折斷。大束管式（又稱中心束管式）結(jié)構(gòu)近年來得到較快發(fā)展。它相當(dāng)于把松套管擴(kuò)大為一個(gè)管腔將光纖集中松放于其中，每根光纖都有很大的活動(dòng)范圍。相應(yīng)地加強(qiáng)構(gòu)件由光纜中央移到纜芯的周邊，同時(shí)起到抗拉和護(hù)套功能。大束管式結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是光纜無論在受到拉、壓、彎曲時(shí)，都能對光纖實(shí)行較好的保護(hù)；纜芯的尺寸小，重量輕；放置光纖工藝簡單，因而成本低。大束管中的光纖可以松放，用色譜標(biāo)志，或者數(shù)根或者數(shù)十根用不同顏色的絲帶捆扎成束，每束放在同一根加強(qiáng)中心管中。帶式結(jié)構(gòu)可容納更多光纖，是一種空間利用率最高的結(jié)構(gòu)。在外徑僅為12mm的護(hù)套內(nèi)可容納12層光纖帶，每層又含12芯光纖，共144芯光纖。如果光纖涂覆層的特性與聚脂帶粘膠面的特性得到適當(dāng)平衡，則可以做到-40℃～+80℃溫度范圍內(nèi)，光纖帶對成纜和環(huán)境效應(yīng)不靈敏。以上介紹的是四種纜芯基本結(jié)構(gòu)。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，如果光纖總數(shù)不大，可直接用這樣的纜芯再加護(hù)層構(gòu)成光纜。要求光纖總數(shù)很大時(shí)，可用上述基本結(jié)構(gòu)作為一個(gè)單元，多個(gè)單元再組成一個(gè)纜芯（大束管式結(jié)構(gòu)除外），稱為單元式光纜。根據(jù)通信的近期實(shí)際需求和遠(yuǎn)期發(fā)展規(guī)劃單元式光纜應(yīng)選擇好光纖單元的大小和個(gè)數(shù)，當(dāng)單元式光纜中光纖總數(shù)有一個(gè)變化范圍時(shí)，有些光纖單元可以用填充物代替。2.5.2光纜的護(hù)層

光纜的護(hù)層與電纜護(hù)層相似，起保護(hù)纜芯作用，一般都是多層護(hù)套的組合體。常見護(hù)套材料有如下幾種：

聚乙烯護(hù)套（PE），其特點(diǎn)是重量輕，耐化學(xué)腐蝕，耐振動(dòng)。

聚氯乙烯護(hù)套（PVC），其特點(diǎn)是可撓性好，阻燃。

鋁—塑疊層粘結(jié)護(hù)套（LAP）或（PAP），由0.15～0.20mm厚鋁泊雙面涂覆聚乙烯模（厚0.03～0.05mm）。包帶時(shí)將其縱向熱熔搭接，因而具有良好的防水性，也有一定的機(jī)械強(qiáng)度。鋼—塑軋紋護(hù)套（PSP），在0.15mm厚鋼帶兩面涂乙烯丙烯酸共聚物（EAA），涂層厚0.06mm，軋紋后縱向粘結(jié)性搭接在一起，也有只搭接不粘的。PSP的主要優(yōu)點(diǎn)是防潮性能良好，機(jī)械性能優(yōu)越，其鋼帶拉力強(qiáng)度為33kg/mm2，韌度為T3級，軋紋后提高了光纜抗側(cè)壓能力和韌性；容易彎曲，并可防止光纜布放時(shí)出現(xiàn)纜心滑動(dòng)；防蝕性能好，能有效防止鼠咬；防雷擊能力比鋼絲和縱焊鋼帶護(hù)層好，這是因?yàn)镻SP縱向搭接，搭接處用絕緣性的EAA粘接，可以切斷雷擊感生電流的環(huán)路。PSP的色標(biāo)為暗綠色。

鋼絲鎧裝護(hù)套（WA），主要是增加光纜的拉伸強(qiáng)度，對抵抗大的牽引力非常有用。鋼帶鎧裝護(hù)套（TA），主要用于防止尖銳的挖掘工具或石頭尖腳引起的破壞。所有金屬鎧裝護(hù)套都有防止動(dòng)物傷害的作用（包括PSP），為了防蝕，一般鎧裝護(hù)套外面還要加尼龍或聚乙烯外護(hù)層。

在護(hù)層之外還有外護(hù)層，外護(hù)層的代號及其意義如表2.7所示。表2.7外護(hù)層的代號及意義2.5.3光纜的分類

光纜充油、充氣都是為了防潮、防水。充氣光纜在纜芯部分設(shè)有充氣導(dǎo)管、光纜接頭盒。要設(shè)置氣塞、堵氣，光纜沿線還要設(shè)置氣壓告警線，因此在纜內(nèi)還要放金屬導(dǎo)線。充氣維護(hù)很難實(shí)現(xiàn)且成本高，據(jù)ITU－T1998年統(tǒng)計(jì)資料表明：

干線中使用充氣維護(hù)光纜僅占8%，目前已不使用。充油方式占64%?，F(xiàn)在國際上開發(fā)出一種堵水光纜，利用浸水探測模塊既可以堵住水，又能探知有無浸水和測定浸水位置，解決了既不充氣又可克服充油光纜無法預(yù)告警的缺點(diǎn)。

表2.9為公用通信系統(tǒng)光纜的結(jié)構(gòu)和性能概要。公用通信系統(tǒng)光纜包括長途及中繼光纜、水下光纜、用戶光纜、局內(nèi)光纜。表2.9公用通信系統(tǒng)光纜的結(jié)構(gòu)和性能概要 2.6光纜的型號與標(biāo)志

2.6.1光纜型號的國標(biāo)規(guī)定

國標(biāo)GB7424—87規(guī)定的光纜型號編制方法為：光纜型號由光纜型式代號和規(guī)格代號兩部分構(gòu)成，中間用一短橫線分開。

1.光纜型號

光纜的型號由五個(gè)部分構(gòu)成，各部分意義如圖2.21所示。圖2.21光纜型號代碼定義

1）分類代號

GY代表通信用室（野）外光纜；GR代表通信用軟光纜；GJ代表通信用室（局）內(nèi)光纜；GS代表通信設(shè)備內(nèi)光纜；GH代表通信用海底光纜；GT代表通信用特殊光纜。

2）加強(qiáng)件代號

F代表非金屬加強(qiáng)構(gòu)件；G代表金屬重型加強(qiáng)構(gòu)件；H代表非金屬重型加強(qiáng)構(gòu)件；無符號代表金屬加強(qiáng)構(gòu)件。

3）派生特征代號

B代表扁平形狀；Z代表自承式結(jié)構(gòu)；T代表填充式結(jié)構(gòu)。

注：當(dāng)光纜形式兼有不同派生特征時(shí)，其代號按字母順序并列。

4）護(hù)套